CN113802233A - 一种具有皮芯结构的弹性阻燃包覆纱及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有皮芯结构的弹性阻燃包覆纱及其制备方法，包括两根平行排列的芯纱，其中一根芯纱为具有皮芯结构的阻燃氨纶，另一根芯纱为玄武岩纤维，两根芯纱的外侧设置有外包纱，所述外包纱为阻燃纤维。制备时，将玄武岩纤维粉末添加到氨纶纺丝原液中，作为皮层纺丝原液，氨纶纺丝原液作为芯层纺丝原液，通过皮芯结构的喷丝板进行纺丝。再用制备的具有皮芯结构的阻燃氨纶作为芯纱，与玄武岩纤维平行排布，阻燃纤维作为外层包覆纤维，制备阻燃包覆纱。本发明制备的皮芯结构弹性阻燃包覆纱产品具有弹性、阻燃性好的特点。
Description
技术领域
本发明涉及阻燃纤维领域，具体涉及一种具有皮芯结构的弹性阻燃包覆纱及其制备方法。
背景技术
在冶金、化工、石油、消防等易产生明火或易燃易爆的工作环境中明令要求相应岗位配备阻燃工作服以保护劳动者免受明火或热源的伤害。由于防护服需要长时间穿着，所以对防护服的舒适性也有一定的要求。如阻燃纱线具有一定的弹性则有助于织物舒适性能的提升。
目前阻燃防护服采用的阻燃纱线多为本质阻燃纤维，因为本质阻燃纤维，水洗次数对性能影响小，且阻燃性能高。常用的本质阻燃纤维为芳纶，但芳纶的成本较高，增加了阻燃纱线的制造成本。
玄武岩纤维具有良好的阻燃性能，工作范围宽，可达-269℃～650℃，燃烧状态无熔融或滴落、强度高、无热收缩现象、既绝热、既耐酸又耐碱，不产生任何有毒气体，极限氧指数高于芳纶，且价格低于芳纶。同时武岩纤维制备的玄武岩纤维粉末也具有耐高温的特性。但是玄武岩纤维性脆，用其织造的织物的柔软性差。
在阻燃纱线中的氨纶可作为提供弹力的纤维，专利CN202022143580.3公开了一种以普通结构氨纶纤维为芯纱，混纺芳纶作为外包纱，制备阻燃纤维。其中的氨纶并不能提供阻燃性能。
阻燃纱线中也有较少采用阻燃氨纶提高纱线弹性。目前阻燃氨纶的制备可以采用织物后整理法，专利CN202010913253.3公开了一种抗静电剂浸渍处理的氨纶纤维以及阻燃涤纶制备阻燃抗静电织唛标，氨纶经过浸渍处理获得抗静电阻燃效果，但此方法工艺复杂，污染大，对纤维影响大，且纤维抗水洗性能较差，经过多次水洗之后，阻燃性能大打折扣。共混阻燃改性法，将阻燃剂作为辅料添加到纺丝原液中，影响氨纶力学性能；接枝共聚物阻燃改性方法，将反应型化合物接枝到聚合物链段中，此过程可能影响氨纶聚合反应，导致原液质量波动，影响氨纶的物理性能。
发明内容
本发明的目的在于提供利用一种具有皮芯结构的弹性阻燃包覆纱及其制备方法，以克服现有技术存在的问题，本发明该产品具有弹性好、阻燃性好、耐磨性好的特点。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种具有皮芯结构的弹性阻燃包覆纱，包括两根平行排列的芯纱，其中一根芯纱为具有皮芯结构的阻燃氨纶，另一根芯纱为玄武岩纤维，两根芯纱的外侧包覆有外包纱，所述外包纱为阻燃纤维。
进一步地，所述阻燃纤维采用阻燃锦纶。
进一步地，所述外包纱采用单层包覆的形式。
一种具有皮芯结构的弹性阻燃包覆纱的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：制备具有皮芯结构的阻燃氨纶；
步骤2：采用一根步骤1制备的具有皮芯结构阻燃氨纶为一根芯纱，同时平行排布一根玄武岩纤维也作为另一根芯纱，用阻燃纤维作为外包纱进行包覆，即得到具有皮芯结构的弹性阻燃包覆纱。
进一步地，步骤2中所述阻燃纤维采用阻燃锦纶。
进一步地，步骤1中制备具有皮芯结构的阻燃氨纶的具体步骤包括：
步骤1.1：制备芯层纺丝原液；
步骤1.2：制备皮层纺丝原液；
步骤1.3：利用皮芯结构喷丝板，采用干法纺丝方式，得到具有皮芯结构的阻燃氨纶，其中，皮层重量占皮芯结构的阻燃氨纶总重的5％～30％。
进一步地，步骤1.1中制备芯层纺丝原液的具体步骤包括：
步骤1.1.1：在第一反应器中，加入摩尔比为1:(1.55～2.15)的聚四亚甲基醚二醇与二异氰酸酯，反应温度65～80℃，反应时间60～90min，然后加入DMAC溶解预聚物，移送至第二反应器；
步骤1.1.2：在第二反应器中根据预聚物中NCO的含量添加混合胺进行扩链反应，使(NH2+NH)/NCO的摩尔比为1.02～1.1，制得纺丝所需粘度的聚氨酯聚合物溶液；所述混合胺包括二乙胺、乙二胺和戊二胺，且二乙胺、乙二胺和戊二胺之间摩尔比为1:(4～7):(1～2)；
步骤1.1.3：添加抗氧剂、消光剂、防黄剂、润滑剂至聚氨酯聚合物溶液，混合均匀，放置20～50h熟化，制得芯层纺丝原液。
进一步地，步骤1.1.3中所述抗氧剂质量为芯层纺丝原液固含量的0.2wt％～2.5wt％、消光剂质量为芯层纺丝原液固含量的0.2wt％～1.5wt％、防黄剂质量为芯层纺丝原液固含量的0.5wt％～2.5wt％、润滑剂质量为芯层纺丝原液固含量的0.1wt％～0.5wt％。
进一步地，步骤1.2中制备皮层纺丝原液的具体步骤包括：
步骤1.2.1：在第一反应器中，加入摩尔比为1:(1.55～2.15)的聚四亚甲基醚二醇与二异氰酸酯，制备预聚物，然后加入DMAC溶解预聚物，移送至第二反应器；
步骤1.2.2：在第二反应器中加入混合胺进行扩链反应，制得纺丝所需粘度的聚氨酯聚合物溶液；所述混合胺包括二乙胺、乙二胺和戊二胺，且二乙胺、乙二胺和戊二胺之间摩尔比为1:(4～7):(1～2)；
步骤1.2.3：添加阻燃剂、抗氧剂、消光剂、防黄剂、润滑剂至聚氨酯聚合物溶液，混合均匀，放置20～50h熟化，制得皮层纺丝原液。
进一步地，步骤1.2.3中所述阻燃剂为玄武岩纤维粉，所述玄武岩纤维粉添加量为皮层纺丝原液固含量的10wt％～30wt％；所诉抗氧剂质量为皮层纺丝原液固含量的0.1wt％～2.2wt％、消光剂质量为皮层纺丝原液固含量的0.1wt％～1.3wt％、防黄剂质量为皮层纺丝原液固含量的0.3wt％～2.2wt％、润滑剂质量为皮层纺丝原液固含量的0.1wt％～0.3wt％。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
1.本发明采用具有皮芯结构的阻燃氨纶与玄武岩纤维作为芯纱，增加了阻燃包覆纱的弹性。且玄武岩纤维是一种绿色环保材料，废弃后可直接在环境中降解，无任何危害，使产品更绿色环保。
2.本发明制备的具有皮芯结构的阻燃氨纶，提升了弹性阻燃包覆纱的阻燃性能。由于阻燃氨纶采用皮芯结构，只有皮层添加玄武岩纤维粉末作为阻燃剂，芯层不添加，减少了阻燃剂对纤维弹性的影响，保留住了氨纶原本高回弹的物理性能，同时也增强了阻燃包覆纱的抗水洗性。
3.本发明采用的玄武岩纤维，相比同样阻燃性能较高的芳纶纤维来说，价格较低，降低了阻燃包覆纱的制造成本。
具体实施方式
下面对本发明做进一步描述。
一种具有皮芯结构的弹性阻燃包覆纱，包括两根平行排列的长丝为芯纱，一根长丝为外包纱，形成包覆纱。其中一根芯纱为皮芯结构的阻燃氨纶，另一根芯纱为玄武岩纤维，外包纱为阻燃锦纶，外包纱采用单层包覆的形式。
一种具有皮芯结构的弹性阻燃包覆纱的制备方法，将玄武岩纤维粉末添加到氨纶纺丝原液中，作为皮层纺丝原液，氨纶纺丝原液作为芯层纺丝原液，通过皮芯结构的喷丝板进行纺丝。再用制备的具有皮芯结构的阻燃氨纶作为芯纱，与玄武岩纤维平行排布，阻燃纤维作为外层包覆纤维，制备阻燃包覆纱。本发明制备的皮芯结构阻燃包覆纱成功赋予氨纶阻燃性能，氨纶皮层提供阻燃性能，芯层保证氨纶的力学性，同时也解决了玄武岩纤维性脆，柔软性差的缺陷，有效的提高了包覆纱的弹性，提高了织物的舒适性。
具体步骤如下：
步骤1、在第一反应器中，加入摩尔比为1:(1.55～2.15)的聚四亚甲基醚二醇与二异氰酸酯，反应温度65～80℃，反应时间60～90min，加入DMAC溶解预聚物，移送至第二反应器。
步骤2、在第二反应器中根据预聚物中NCO的含量添加混合胺进行扩链反应，(NH2+NH)/NCO的摩尔比为1.02～1.1，制得纺丝所需粘度的聚氨酯聚合物溶液，所述混合胺包括二乙胺、乙二胺和戊二胺，且二乙胺、乙二胺和戊二胺之间摩尔比为1:(4～7):(1～2)。
步骤3、添加抗氧剂、消光剂、防黄剂、润滑剂至聚氨酯聚合物溶液，抗氧剂质量为芯层纺丝原液固含量的0.2wt％～2.5wt％、消光剂质量为芯层纺丝原液固含量的0.2wt％～1.5wt％、防黄剂质量为芯层纺丝原液固含量的0.5wt％～2.5wt％、润滑剂质量为芯层纺丝原液固含量的0.1wt％～0.5wt％，混合均匀，放置20～50h熟化，制得芯层纺丝原液。
步骤4、添加阻燃剂、抗氧剂、消光剂、防黄剂、润滑剂至聚氨酯聚合物溶液，所述阻燃剂添加量为皮层纺丝原液固含量的10wt％～30wt％；所述抗氧剂质量为皮层纺丝原液固含量的0.1wt％～2.2wt％、消光剂质量为皮层纺丝原液固含量的0.1wt％～1.3wt％、防黄剂质量为皮层纺丝原液固含量的0.3wt％～2.2wt％、润滑剂质量为皮层纺丝原液固含量的0.1wt％～0.3wt％，混合均匀，放置20～50h熟化，制得皮层纺丝原液。
步骤5、采用皮芯结构喷丝板，通过计量泵控制芯层纺丝原液和皮层纺丝原液重量百分比。采用干法纺丝方式，得到具有皮芯结构的阻燃氨纶，其中，皮层重量占皮芯结构的阻燃氨纶总重的5％～30％。
步骤6、采用一根步骤5制备的皮芯结构阻燃氨纶为一根芯纱，同时平行排布一根玄武岩纤维也作为另一根芯纱，用阻燃纤维作为外包纱进行单层包覆。
其中，阻燃剂为玄武岩纤维粉末，阻燃纤维为阻燃锦纶。
下面将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是实施例的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
实施例1
在第一反应器中，添加摩尔比为1:1.55的聚四亚甲基醚二醇与二异氰酸酯，反应温度65℃，反应时间60min制备预聚物。加入DMAC使预聚物溶解，移送至第二反应器。在第二反应器中根据预聚物中NCO的含量添加混合胺进行扩链反应，(NH2+NH)/NCO的摩尔比为1.02，所述混合胺包括二乙胺、乙二胺和戊二胺，且二乙胺、乙二胺和戊二胺的摩尔比为1:4:1，反应温度2℃，充分反应制得纺丝所需粘度的聚氨酯聚合物溶液。添加0.2wt％芯层纺丝原液固含量的抗氧剂、0.2wt％芯层纺丝原液固含量的消光剂、0.5wt％芯层纺丝原液固含量的防黄剂、0.1wt％芯层纺丝原液固含量的润滑剂，至聚氨酯聚合物溶液，混合均匀，放置20h熟化，制得芯层纺丝原液。
添加10wt％皮层纺丝原液固含量的玄武岩纤维粉末与0.1wt％皮层纺丝原液固含量的抗氧剂、0.1wt％皮层纺丝原液固含量的消光剂、0.3wt％皮层纺丝原液固含量的防黄剂、0.1wt％皮层纺丝原液固含量的润滑剂，至聚氨酯聚合物溶液中，混合均匀，放置20h熟化，制得皮层纺丝原液。采用皮芯结构喷丝板，控制皮芯重量百分比，使皮层重量占纤维总重的5％，干法纺丝的方式，得到具有皮芯结构阻燃氨纶。采用一根制备的皮芯结构阻燃氨纶为芯纱，与一根玄武岩纤维平行排列作为芯纱，用阻燃锦纶作为外包纱进行单层包覆。
实施例2
在第一反应器中，添加摩尔比为1:1.7的聚四亚甲基醚二醇与二异氰酸酯，反应温度70℃，反应时间80min制备预聚物。加入DMAC使预聚物溶解，移送至第二反应器。在第二反应器中根据预聚物中NCO的含量添加混合胺进行扩链反应，(NH2+NH)/NCO的摩尔比为1.05，所述混合胺包括二乙胺、乙二胺和戊二胺，且二乙胺、乙二胺和戊二胺的摩尔比为1:6:1.4，充分反应制得纺丝所需粘度的聚氨酯聚合物溶液。其中添加1.5wt％芯层纺丝原液固含量的抗氧剂、0.7wt％芯层纺丝原液固含量的消光剂、1.5wt％芯层纺丝原液固含量的防黄剂、0.3wt％芯层纺丝原液固含量的润滑剂，至聚氨酯聚合物溶液，混合均匀，放置35h熟化，制得芯层纺丝原液。
添加10wt％皮层纺丝原液固含量的玄武岩纤维粉末与0.6wt％皮层纺丝原液固含量的抗氧剂、0.6wt％皮层纺丝原液固含量的消光剂、1wt％皮层纺丝原液固含量的防黄剂、0.2wt％皮层纺丝原液固含量的润滑剂，至聚氨酯聚合物溶液中，混合均匀，放置35h熟化，制得皮层纺丝原液。采用皮芯结构喷丝板，控制皮芯重量百分比，使皮层重量占纤维总重的20％，干法纺丝的方式，得到具有皮芯结构阻燃氨纶。采用一根制备的皮芯结构阻燃氨纶为芯纱，与一根玄武岩纤维平行排列作为芯纱，用阻燃锦纶作为外包纱进行单层包覆。
实施例3
在第一反应器中，添加摩尔比为1:2.15的二异氰酸酯与聚四亚甲基醚二醇，反应温度80℃，反应时间90min制备预聚物。加入DMAC使预聚物溶解，移送至第二反应器。在第二反应器中根据预聚物中NCO的含量添加混合胺进行扩链反应，(NH2+NH)/NCO的摩尔比为1.1，所述混合胺包括二乙胺、乙二胺和戊二胺，且二乙胺、乙二胺和戊二胺的摩尔比为1:7:2，充分反应制得纺丝所需粘度的聚氨酯聚合物溶液。其中添加2.5wt％芯层纺丝原液固含量的抗氧剂、1.5wt％芯层纺丝原液固含量的消光剂、2.5wt％芯层纺丝原液固含量的防黄剂、0.5wt％芯层纺丝原液固含量的润滑剂，至聚氨酯聚合物溶液，混合均匀，放置50h熟化，制得芯层纺丝原液。
添加10wt％皮层纺丝原液固含量的玄武岩纤维粉末与2.2wt％皮层纺丝原液固含量的抗氧剂、1.3wt％皮层纺丝原液固含量的消光剂、2.2wt％皮层纺丝原液固含量的防黄剂、0.3wt％皮层纺丝原液固含量的润滑剂，至聚氨酯聚合物溶液中，混合均匀，放置50h熟化，制得皮层纺丝原液。采用皮芯结构喷丝板，控制皮芯重量百分比，使皮层重量占纤维总重的30％，干法纺丝的方式，得到具有皮芯结构阻燃氨纶。采用一根制备的皮芯结构阻燃氨纶为芯纱，与一根玄武岩纤维平行排列作为芯纱，用阻燃锦纶作为外包纱进行单层包覆。
实施例4
按照实施例2所述的同样方法制备皮芯结构的弹性阻燃纤维，其中玄武岩纤维粉末的添加量改为15wt％。
实施例5
按照实施例2所述的同样方法制备皮芯结构的弹性阻燃纤维，其中玄武岩纤维粉末的添加量改为20wt％。
实施例6
按照实施例2所述的同样方法制备皮芯结构的弹性阻燃纤维，其中玄武岩纤维粉末的添加量改为25wt％。
实施例7
按照实施例2所述的同样方法制备皮芯结构的弹性阻燃纤维，其中玄武岩纤维粉末的添加量改为30wt％。
将上述实施例制备的纤维进行物理性能指标与阻燃性能测试，数据对比如下：
从上表中可以看出，玄武岩纤维粉末的添加有助于氨纶阻燃性能的提升，且基本不对氨纶丝的物理指标产生影响。弹性阻燃包覆纱的延伸率也有增加，即增强了阻燃性能与柔韧性能。
由技术常识可知，本发明可以通过其他的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
Claims (10)
1.一种具有皮芯结构的弹性阻燃包覆纱，其特征在于，包括两根平行排列的芯纱，其中一根芯纱为具有皮芯结构的阻燃氨纶，另一根芯纱为玄武岩纤维，两根芯纱的外侧包覆有外包纱，所述外包纱为阻燃纤维。
2.根据权利要求1所述的一种具有皮芯结构的弹性阻燃包覆纱，其特征在于，所述阻燃纤维采用阻燃锦纶。
3.根据权利要求1所述的一种具有皮芯结构的弹性阻燃包覆纱，其特征在于，所述外包纱采用单层包覆的形式。
4.一种具有皮芯结构的弹性阻燃包覆纱的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：制备具有皮芯结构的阻燃氨纶；
步骤2：采用一根步骤1制备的具有皮芯结构阻燃氨纶为一根芯纱，同时平行排布一根玄武岩纤维也作为另一根芯纱，用阻燃纤维作为外包纱进行包覆，即得到具有皮芯结构的弹性阻燃包覆纱。
5.根据权利要求4所述的一种具有皮芯结构的弹性阻燃包覆纱的制备方法，其特征在于，步骤2中所述阻燃纤维采用阻燃锦纶。
6.根据权利要求4所述的一种具有皮芯结构的弹性阻燃包覆纱的制备方法，其特征在于，步骤1中制备具有皮芯结构的阻燃氨纶的具体步骤包括：
步骤1.1：制备芯层纺丝原液；
步骤1.2：制备皮层纺丝原液；
步骤1.3：利用皮芯结构喷丝板，采用干法纺丝方式，得到具有皮芯结构的阻燃氨纶，其中，皮层重量占皮芯结构的阻燃氨纶总重的5％～30％。
7.根据权利要求6所述的一种具有皮芯结构的弹性阻燃包覆纱的制备方法，其特征在于，步骤1.1中制备芯层纺丝原液的具体步骤包括：
步骤1.1.1：在第一反应器中，加入摩尔比为1:(1.55～2.15)的聚四亚甲基醚二醇与二异氰酸酯，反应温度65～80℃，反应时间60～90min，然后加入DMAC溶解预聚物，移送至第二反应器；
步骤1.1.2：在第二反应器中根据预聚物中NCO的含量添加混合胺进行扩链反应，使(NH2+NH)/NCO的摩尔比为1.02～1.1，制得纺丝所需粘度的聚氨酯聚合物溶液；所述混合胺包括二乙胺、乙二胺和戊二胺，且二乙胺、乙二胺和戊二胺之间摩尔比为1:(4～7):(1～2)；
步骤1.1.3：添加抗氧剂、消光剂、防黄剂、润滑剂至聚氨酯聚合物溶液，混合均匀，放置20～50h熟化，制得芯层纺丝原液。
8.根据权利要求7所述的一种具有皮芯结构的弹性阻燃包覆纱的制备方法，其特征在于，步骤1.1.3中所述抗氧剂质量为芯层纺丝原液固含量的0.2wt％～2.5wt％、消光剂质量为芯层纺丝原液固含量的0.2wt％～1.5wt％、防黄剂质量为芯层纺丝原液固含量的0.5wt％～2.5wt％、润滑剂质量为芯层纺丝原液固含量的0.1wt％～0.5wt％。
9.根据权利要求6所述的一种具有皮芯结构的弹性阻燃包覆纱的制备方法，其特征在于，步骤1.2中制备皮层纺丝原液的具体步骤包括：
步骤1.2.1：在第一反应器中，加入摩尔比为1:(1.55～2.15)的聚四亚甲基醚二醇与二异氰酸酯，制备预聚物，然后加入DMAC溶解预聚物，移送至第二反应器；
步骤1.2.2：在第二反应器中加入混合胺进行扩链反应，制得纺丝所需粘度的聚氨酯聚合物溶液；所述混合胺包括二乙胺、乙二胺和戊二胺，且二乙胺、乙二胺和戊二胺之间摩尔比为1:(4～7):(1～2)；
步骤1.2.3：添加阻燃剂、抗氧剂、消光剂、防黄剂、润滑剂至聚氨酯聚合物溶液，混合均匀，放置20～50h熟化，制得皮层纺丝原液。
10.根据权利要求9所述的一种具有皮芯结构的弹性阻燃包覆纱的制备方法，其特征在于，步骤1.2.3中所述阻燃剂为玄武岩纤维粉，所述玄武岩纤维粉添加量为皮层纺丝原液固含量的10wt％～30wt％；所述抗氧剂质量为皮层纺丝原液固含量的0.1wt％～2.2wt％、消光剂质量为皮层纺丝原液固含量的0.1wt％～1.3wt％、防黄剂质量为皮层纺丝原液固含量的0.3wt％～2.2wt％、润滑剂质量为皮层纺丝原液固含量的0.1wt％～0.3wt％。
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